“没有昨天的那一天”（天外之事8）

上篇讲了爱因斯坦的相对论。第11个故事：勒梅特的“没有昨天的那一天”乔治.勒梅特（1894-1966）...



上篇讲了爱因斯坦的相对论。

第11个故事：勒梅特的“没有昨天的那一天”

乔治.勒梅特（1894-1966），一位天主教士，也是比利时最著名的天文学家。他提出了“原始原子”理论。亦即，宇宙创生于“没有昨天的那一天”。

原文（编辑）引用：爱因斯坦的数学方程式准确计算出来了水星围绕太阳运动的轨道，而描述水星公转轨道恰恰是牛顿力学所遇到的一个极大的困难。这个例子有力地支持了爱因斯坦的理论，或者说它至少也是对牛顿引力理论的一个非常好的修正。这使得物理学家们从此形成了一种定式的思维：如果一种结果符合爱因斯坦理论，那么它大概就是正确的。

正是在研究爱因斯坦方程式的过程中，勒梅特发现了一些足以使他惊喜的东西。从爱因斯坦的数学方程式得到的结果之一是，宇宙并不是稳定不变的，相反地是动态的。要理解这一点非常简单。既然任何具有（大）质量的物体都会使时空发生弯曲，那么一个天体经过另一个天体近旁时，它就会被拉得更近一些。如果宇宙是静态的，那么宇宙中所有物体终将被吸引到一起，因而一切物质迟早都会落入最大的时空凹陷之中。这个问题和牛顿发现万有引力定律之后所为之忧心忡忡的问题是完全一样的。但宇宙中的物质何以千百年来一直维持着一种分散状态，而没有因引力作用而形成一个“超级”大块物体呢？然而，牛顿的理论只局限于物体间的相互吸引，爱因斯坦的理论却包括了对质量引起的时空弯曲的数学表述；所以在牛顿系统中由引力引起的宇宙的全部质量凝聚到一起几乎是不可避免的，但爱因斯坦的系统却不尽如此。在爱因斯坦系统中，时间、空间的状态可以随其中质量存在的情况不同而变化，所以时间、空间都是动态的而非静态的，时空或宇宙都不可能是永恒的。它们可以变得大些或小些，因此可能会有时间、空间慢慢地膨胀或收缩的情况发生。

爱因斯坦是牛顿无限而永恒的宇宙观念的坚定的拥护者，他猜想一定有一种因素，它能容忍局部的变化存在，例如质量会影响到其周围时空的弯曲程度，但它却不会影响宇宙的整体状态。基于这种信念，爱因斯坦在他的方程中引入了一个附加的因子，即所谓“宇宙学常数”，它会导致微弱的斥力，可以和万有引力相抗衡；这样一来，就能消除宇宙的整体膨胀或收缩等全局性动态变化，宇宙就可以“回归”于永恒状态了。

但是，勒梅特却认为完全没有必要加上这样一个多余的“宇宙学常数”。假定描述一个有着轻微膨胀的宇宙的数学模型是正确的，这意味着，膨胀的力抵消了引力，那么宇宙中的物质将能继续保持分散状态。而且，如果膨胀力稍强于引力，那么宇宙就会继续膨胀下去，将来的宇宙比今天的宇宙会占有更大的空间尺度。这种情况也意味着，过去的宇宙比今天的宇宙占有较小的空间尺度。因此，如果不断地把时间上溯，越早期的宇宙就会越小；那么总会有足够早的某个时刻，宇宙是处在它的最小的状态。

于是，勒梅特提出，宇宙会有一个起始之点。而这个点正是教会方面正在苦苦寻找的上帝创世的时刻。这时勒梅特确信他已经找到了一个完美无缺的宇宙模型：上帝创世时最初是创造了一个“原始原子”，它不断地长大、膨胀起来，就像一颗小小的橡果长大成为一棵参天的橡树那样。同时，这个宇宙完全遵从这个时代的科学“教父”爱因斯坦的数学方程式，这样也就解决了爱因斯坦原来的方程式预言宇宙膨胀而产生的难题。

可是令勒梅特感到失望的是，爱因斯坦本人对他的见解却十分不以为然。爱因斯坦认为，勒梅特并没有很好地掌握有关的物理学原理，而且还暗示，宇宙必然应该是无限、永恒和亘古不变；原始原子和由此而来的创世时刻的说法是荒谬的。如果连爱因斯坦本人都断然否定勒梅特的观点，那么科学界有谁能相信他的天方夜谭呢？

然而天主教会方面自然而然地对勒梅特观点颇为满意和赞赏，勒梅特也由此受到鼓舞而对自己的观点坚信不移。时隔不到两年之后，勒梅特听到了一则使他欣喜过望的消息：有更多的证据显示宇宙是处在膨胀之中。哈勃等科学家观测到了许多河外星系光谱的红移现象，按照多普勒效应，这恰恰意味着宇宙在膨胀。

现在只剩下一个时间的问题了。爱因斯坦对哈勃的研究工作很感兴趣并决定到威尔逊山天文台去拜访他。同时，勒梅特在加州理工学院组织了一次专题讲座，还安排了爱因斯坦和哈勃在那里会面。在演讲中，勒梅物一步步地陈述了他的“原始原子”理论，说明宇宙创生于“没有昨天的那一天”。他不厌其烦地展示了导致结论的整个数学推导过程。当演讲结束时，他几乎都不敢相信自己的耳朵了。勒梅特看到爱因斯坦站起来并大声说，这是“我所听到过的最美妙的最完满的演说”，爱因斯坦还表示，制造出一个“宇宙学常数”乃是自己一生中“最大的失误”。

可是，一些有名的科学家，特别是那些坚定的无神论者，却仍然对此持有异议。如果要认真面对宇宙是从比原子还小的某种东西生长出来的观念，这对他们来说是太荒谬了。在剑桥的一个颇有影响的研究小组已经近乎找到了另外一种解释。他们认为，为什么不能设想我们所看到的仅仅是宇宙的一部分呢？也许我们能看到的这一部分宇宙的确是在膨胀，但是在宇宙的另外部分，在我们的视线之外的宇宙中，宇宙也许是在沿相反的方向运动，是在收缩着的。宇宙就像一只装满水的在永远不停地冒泡和沸腾的大锅，其中包含了在不同局部位置的膨胀和收缩，总体来看仍是恒稳态的。他们争辩说，爱因斯坦方程毕竟是既容许膨胀，也容许收缩的。

点评：勒梅特的那句“没有昨天的那一天”被戴维.费尔津（《霍金的宇宙》的作者）评价为：“他给出了对哈勃宇宙膨胀说的最具戏剧性的解释”。他的意思很明确，那就是时间有一个起点。从《霍金的宇宙》这本书中看出，是勒梅特提出了“原始原子”的概念，是说，整个宇宙随着时间的推移是膨胀的，那么，倒过来看，追溯昨天、前天、前天的昨天一直退回去，自然宇宙就是收缩的，最终回到起始的一个点上。这个“起始的点”就是他说的“原始原子”。但书中并没有说是勒梅特提出了“大爆炸”理论。虽然天文学界仍然对宇宙起源于一次150亿前的“大爆炸”有不同的看法，但从现在天文学已经获得的很多实证来看，高概率地肯定宇宙起源于一次“大爆炸”。

（配图：乔治.勒梅特，比利时天文学家，1894年生于比利时，1923-1924年间在剑桥大学太阳物理实验室学习，后到美国麻省理工学院学习，在那里他了解了美国天文学家E.P.哈勃的发现和H.沙普利有关宇宙膨胀的研究。1932年，提出“原始原子”爆炸起源的理论。后来被伽莫夫发展成为大爆炸宇宙学。）

（To be continued）

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